DE102005063087A9 - Stray radiation measurement method with adjustment of characteristic signatures - Google Patents
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Abstract
System und Verfahren zum effizienten und genauen Bestimmen von Gitterprofilen, wobei eine charakteristische Signatur-Übereinstimmungsermittlung (Matching) in einem Erzeugungsprozess einer Bibliothek mit vergrößerten Unterschieden durchgeführt wird. Unter Verwendung der Theorie der Lichtstreuung werden, basierend auf den ausgebildeten Gitterparametern, z. B. CD, Dicke und Linie-zu-Zwischenraum-Verhältnis, eine Reihe von Streuungssignaturen versus Streuwinkel oder Wellenlängen erzeugt. Dieses Verfahren wählt charakteristische Teile der Signaturen aus, wo immer ihre Unterschiede, anders ausgedrückt ihre Nichtübereinstimmung das vorausbestimmte Kriterium übersteigt, und verbessert eine Bibliothek charakteristischer Signaturen für eine schnelle und genaue Übereinstimmungsermittlung. Es kann eine Rigorous-Coupled-Wave-Theorie verwendet werden, um eine Beugungs-Bibliothek aufzubauen, die eine Mehrzahl von simulierten Beugungsspektren, basierend auf einem vorbestimmten Strukturparameter des Gitters, aufweist. Der charakteristische Bereich von der Mehrzahl simulierter Beugungsspektren wird basierend darauf bestimmt, ob die mittlere quadratische Abweichung von der Mehrzahl der simulierten Beugungsspektren größer als ein Rauschpegel eines Messgerätes ist. Die Beugungsintensität des gemessenen Beugungsspektrums wird mit der Beugungsintensität der Mehrzahl von simulierten Beugungsspektren in dem charakteristischen Bereich verglichen, um ein übereinstimmendes Spektrum aus diesen ...A system and method for efficiently and accurately determining lattice profiles, wherein a characteristic signature match is performed in a larger difference library generation process. Using the theory of light scattering, based on the formed lattice parameters, e.g. CD, thickness and line-to-space ratio, generates a series of scatter signatures versus scattering angles or wavelengths. This method selects characteristic portions of the signatures wherever their differences, in other words their disagreement, exceeds the predetermined criterion, and improves a library of characteristic signatures for fast and accurate match determination. A rigorous coupled wave theory may be used to construct a diffraction library having a plurality of simulated diffraction spectra based on a predetermined grating structural parameter. The characteristic region of the plurality of simulated diffraction spectra is determined based on whether the mean square deviation from the plurality of simulated diffraction spectra is greater than a noise level of a measuring device. The diffraction intensity of the measured diffraction spectrum is compared with the diffraction intensity of the plurality of simulated diffraction spectra in the characteristic region to obtain a matching spectrum from these diffraction spectra.
Description
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der taiwanesischen Patentanmeldung Nr. 93141298, eingereicht am 30. Dezember 2004, die hiermit durch Bezugnahme einbezogen wird.These Application claims the priority of the Taiwanese patent application No. 93141298 filed on Dec. 30, 2004, hereby incorporated by reference Reference is included.
Das Gebiet der Erfindung ist die Herstellung von Halbleiterbauelementen und ähnlichen Micro-Scale-Bauelementen. Insbesondere betrifft die Erfindung Streustrahlungsmesstechnik (auch bezeichnet als Scatterometrie), die eine Technik zum Messen von Micro-Scale-Eigenschaften basierend auf der Erfassung und Analyse von Licht ist, das von der Oberfläche gestreut wird. Allgemein umfasst die Streustrahlungsmesstechnik das Erfassen der Intensität des Lichts, das durch ein Periodizitäts-Merkmal, wie zum Beispiel eine Gitterstruktur als eine Funktion der Wellenlänge oder des Winkels von einfallendem Licht, gestreut oder gebeugt wird. Das erfasste Signal wird eine Signatur genannt, da sein genaues Verhalten in einzigartiger Weise mit den physikalischen und optischen Parametern der Gitterstruktur zusammenhängt.The Field of the invention is the production of semiconductor devices and similar Micro-scale components. In particular, the invention relates to scattered radiation measurement technology (also referred to as scatterometry), which is a technique for measuring of micro-scale properties based on capture and analysis of light that is scattered from the surface. Generally the scattered radiation measurement technique comprises the detection of the intensity of the light, that by a periodicity characteristic, such as a grating structure as a function of wavelength or of the angle of incident light, scattered or diffracted. The detected signal is called a signature because its accurate Behavior in a unique way with the physical and optical Parameters of the grid structure is related.
Streustrahlungsmesstechnik wird allgemein bei der photolithographischen Herstellung von Halbleiterbauelementen, insbesondere bei der Overlay-Messung verwendet, welche eine Messung der Ausrichtung (Alignment) der Schichten ist, die zur Bildung der Bauelemente verwendet werden. Eine genaue Messung und Steuerung der Ausrichtung solcher Schichten ist zum Aufrechterhalten eines hohen Grades der Effizienz der Produktion wichtig.Scattered radiation metrology is generally used in the photolithographic production of semiconductor devices, used in particular in the overlay measurement, which is a measurement the alignment of the layers, which leads to the formation of the Components are used. An accurate measurement and control The orientation of such layers is to maintain a high degree of production efficiency.
Streustrahlungsmessungen werden durch Feststellen der genausten Übereinstimmung zwischen einer experimentell erhaltenen Signatur und einer Signatur durchgeführt, die auf andere Weise erhalten wurde und für die der Wert der zu messenden Eigenschaft oder Eigenschaften bekannt ist. Gewöhnlich wird die zweite, bekannte Signatur, die auch als die Referenzsignatur bekannt ist, aus einem rigorosen Modell des Streuprozesses berechnet. Gelegentlich kann man sie experimentell bestimmen. Wo eine modellierte Signatur als die Referenz verwendet wird, werden entweder die Berechnungen einmal durchgeführt und alle Signaturen, die für die Parameter des Gitters, das variieren kann, in einer Bibliothek gespeichert, oder die Signatur wird berechnet, wenn sie für Prüfwerte der gemessenen Parameter benötigt wird.Scattered radiation measurements are determined by determining the most exact match between a experimentally obtained signature and a signature, the was obtained in another way and for which the value of the to be measured Property or properties is known. Usually the second, known Signature, also known as the reference signature, from a calculated rigorous model of the scattering process. Occasionally you can determine it experimentally. Where a modeled signature as the Reference is used, either the calculations are once carried out and all signatures for the parameters of the grid, which can vary, in a library stored, or the signature is calculated when used for test values of measured parameter needed becomes.
Wie auch immer die Referenzsignatur erhalten wird, es wird ein Vergleich der experimentellen und der Referenzsignatur durchgeführt. Der Vergleich wird durch einen Wert quantifiziert, der anzeigt, wie genau die beiden Signaturen miteinander übereinstimmen. Gewöhnlich wird die Übereinstimmungsqualität als die Standardabweichung (oder der mittlere quadratische Fehler (root mean square error, RMSE)) zwischen den beiden Signaturen berechnet, es können jedoch andere Vergleichsverfahren verwendet werden. Die Messung wird durch Feststellen des Referenzsignals mit dem besten Wert der Übereinstimmungsqualität zu der experimentellen Signatur durchgeführt. Das Messergebnis ist dann der zur Berechnung des Referenzsignals verwendete Parametersatz. In dem Fall von experimentell abgeleiteten Referenzsignaturen ist das Referenzsignal der Wert der zur Erzeugung der experimentellen Signatur verwendeten, bekannten Parameter. Wie bei jedem realen System weist die von dem Messtechnik-System erhaltene experimentelle Signatur etwas Rauschen auf. Dies erzeugt eine untere Grenze der Übereinstimmungsqualität, die erwartet werden kann.As whatever the reference signature is obtained, it will be a comparison the experimental and the reference signature. Of the Comparison is quantified by a value indicating how exactly the two signatures agree with each other. Usually will the match quality as the Standard deviation (or the root mean square error (root mean square error, RMSE)) between the two signatures, it can however, other comparative methods are used. The measurement is determined by determining the reference signal with the best value of the match quality to the experimental signature performed. The measurement result is then the parameter set used to calculate the reference signal. In the case of experimentally derived reference signatures the reference signal is the value used to generate the experimental Signature used, known parameters. As with any real System has the experimental obtained from the metrology system Signature some noise on. This creates a lower bound on the match quality that is expected can be.
Mikroelektronische Bauelemente und Merkmalsgrößen werden kontinuierlich immer kleiner. Die Anforderung an die Präzision der Overlay-Messung beim 130 nm-Knoten beträgt 3,5 nm, und beim 90 nm-Knoten beträgt sie 3,2 nm. Für den Halbleiterherstellungsprozess der nächsten Generation des 65 nm-Knotens beträgt die Anforderung an die Präzision der Overlay-Messung 2,3 nm. Da die Streustrahlungsmesstechnik eine gute Wiederholpräzision und Reproduzierbarkeit aufweist, wäre es vorteilhaft, in der Lage zu sein, sie bei dem Prozess der nächsten Generation einzusetzen. Jedoch sind herkömmliche Hellfeld-Messtechnik-Systeme durch die Bildauflösung beschränkt. Folglich bilden diese Faktoren signifikante technologische Herausforderungen an die Anwendung der Streustrahlungsmesstechnik bei zunehmend kleineren Merkmalen.microelectronic Components and feature sizes are continuously smaller and smaller. The requirement for the precision of Overlay measurement at the 130nm node is 3.5nm, and at the 90nm node it is 3.2 nm. For the semiconductor manufacturing process of the next generation of the 65 nm node is the Requirement for precision the overlay measurement 2.3 nm. Since the scattered radiation measurement a good repeatability and reproducibility, it would be advantageous to be able to be involved in the next generation process. However, conventional ones are Brightfield metrology systems are limited by image resolution. Consequently, these form Factors significant technological challenges to the application the scattered radiation measurement with increasingly smaller features.
Bei herkömmlichen Verfahren werden Beugungsspektren einer unbekannten Messung mit simulierten Beugungsspektren verglichen. Bei Verfahren, wie zum Beispiel der Levenberg-Marquardt-Optimierung, einer zufällige Suche und einem genetischen Algorithmus, wird das gemessene Beugungsspektrum mit einem online erzeugten, simulierten Beugungsspektrum verglichen. Dieses Verfahren ist langsam, kann aber verwendet werden, um ein vollständig unbekanntes Gitter zu messen. Bei anderen herkömmlichen Verfahren, wie zum Beispiel der Hauptkomponentenregression (principal component regression, PCR), Partial Least Square (PLS), Inverse Least Square (ILS) und einem künstlichen neuronalen Netz (artifical neural network, ANN), wird vorab eine Beugungs-Bibliothek erzeugt, und das gemessene Beugungsspektrum wird mit den Beugungsspektren in der Bibliothek verglichen, um ein Spektrum mit der genauesten Übereinstimmung zu finden. Dieses Verfahren kann die Verarbeitungsgeschwindigkeit erhöhen, benötigt aber mehr Computer-Speicherkapazität als das erste Verfahren. Bei Verfahren, wie sie zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 6,785,638 und Nr. 6,768,967 beschrieben sind, werden beide dieser Verfahren integriert, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen und die Speicherkapazität zu verringern, aber der verwendete Algorithmus ist viel komplizierter.In conventional methods diffraction spectra of an unknown measurement are compared with simulated diffraction spectra. In methods such as the Levenberg-Marquardt optimization, a random search, and a genetic algorithm, the measured diffraction spectrum is compared to an online generated simulated diffraction spectrum. This process is slow but can be used to measure a completely unknown lattice. In other conventional methods, such as principal component regression (PCR), partial least squares (PLS), inverse least squares (ILS) and an artificial neural network (ANN), a diffraction library is pre-established and the measured diffraction spectrum is compared with the diffraction spectra in the library to find a spectrum with the closest match. This method can increase processing speed but requires more computer memory capacity as the first method. For example, in methods such as described in US Patent Nos. 6,785,638 and 6,768,967, both of these methods are integrated to increase processing speed and memory capacity, but the algorithm used is much more complicated.
Bei herkömmlichen Verfahren werden statische Gleichungen verwendet, wie zum Beispiel für den mittleren quadratischen Fehler (root mean square error, RMSE), das mittlere Fehlerquadrat (mean square error, MSE) und den quadratischen Abstand (square distance, SD), um das gemessene Beugungsspektrum mit dem simulierten Beugungsspektrum vollständig zu vergleichen. Jedoch mitteln RMSE oder MSE das gesamte Beugungsspektrum, was zu einem Bereich mit einer kleineren Variation führt, was die Leistungsfähigkeit des gesamten Vergleichs verringert. Ferner mittelt SD nicht die Variation der Variable, wie es bei RMSE oder MSE der Fall ist, er ist aber viel empfindlicher gegenüber Rauschen.at usual Methods use static equations, such as for the root mean square error (RMSE), the mean square error (MSE) and quadratic Distance (SD) to the measured diffraction spectrum completely compare with the simulated diffraction spectrum. however RMSE or MSE the entire diffraction spectrum, resulting in a Area with a smaller variation leads, what the performance reduced overall comparison. Further, SD does not average the Variation of the variable, as is the case with RMSE or MSE, he but is much more sensitive to noise.
Bei Verfahren zum Bestimmen eines Strukturparameters eines Gitters wird die Ähnlichkeit zwischen einem gemessenen Beugungsspektrum und einer Mehrzahl von simulierten Beugungsspektren in einem charakteristischen Bereich verglichen.at A method for determining a structure parameter of a grid becomes the similarity between a measured diffraction spectrum and a plurality of simulated diffraction spectra in a characteristic range compared.
Das Verfahren kann die Schritte aufweisen: Verwenden einer Rigorous-Coupled-Wave-Theorie, um eine Beugungs-Bibliothek aufzubauen, die eine Mehrzahl von simulierten Beugungsspektren basierend auf einem vorbestimmten Strukturparameter aufweist; Auswählen eines charakteristischen Bereichs von der Mehrzahl simulierter Beugungsspektren unter der Bedingung, dass der mittlere quadratische Fehler dieser simulierten Beugungsspektren größer als der Rauschpegel eines Messgerätes ist; Vergleichen der Beugungsintensität eines gemessenen Beugungsspektrums von dem Gitter und der Beugungsintensität von der Mehrzahl von simulierten Beugungsspektren in dem charakteristischen Bereich, um ein übereinstimmendes (passendes) Spektrum zu finden; und Bestimmen des Strukturparameters des Gitters basierend auf dem übereinstimmenden Spektrum.The Method may include the steps of using a rigorous coupled wave theory, to construct a diffraction library that simulates a plurality of Diffraction spectra based on a predetermined structural parameter having; Choose a characteristic region of the plurality of simulated diffraction spectra on the condition that the mean square error of this simulated diffraction spectra greater than the noise level of a meter is; Compare the diffraction intensity of a measured diffraction spectrum of the grating and the diffraction intensity of the plurality of simulated ones Diffraction spectra in the characteristic range to match one to find (suitable) spectrum; and determining the structure parameter of the grid based on the matching Spectrum.
Bei herkömmlichen Winkel-Streustrahlungsmessungsverfahren wird das gesamte Beugungsspektrum zwischen 0 und 47 Grad verglichen. Das erfordert eine große Menge Computer-Speicher und ist zeitaufwändig. Im Gegensatz dazu wird bei dem vorliegenden Verfahren nur ein Teil des gemessenen Beugungsspektrums mit dem entsprechenden Teil der simulierten Beugungsspektren in dem charakteristischen Bereich verglichen. Das erhöht die Verarbeitungseffizienz und verringert auch die Anforderungen hinsichtlich des Computer-Speichers. Ferner wird bei herkömmlichen Verfahren das gesamte Beugungsspektrum gemittelt, was zu einem Bereich mit einer kleineren Variation führt und die Leistungsfähigkeit des gesamten Vergleichs verringert. Bei dem vorliegenden Verfahren wird indes nur ein Teil des gemessenen Beugungsspektrums mit dem entsprechenden Teil der simulierten Beugungsspektren in dem charakteristischen Bereich verglichen. Mittelungsberechnungen werden mithin vermieden, und die Leistungsfähigkeit der Messung wird verbessert.Conventional angle-scattering measurement techniques compare the total diffraction spectrum between 0 and 47 degrees. This requires a large amount of computer memory and is time consuming. In contrast, in the present method only part of the measured diffraction spectrum is compared with the corresponding part of the simulated diffraction spectra in the characteristic region. This increases the processing efficiency and also reduces the requirements for the computer memory. Further, in conventional methods, the entire diffraction spectrum is averaged, resulting in an area with a smaller variation and reducing the performance of the overall comparison siege. In the present method, however, only part of the measured diffraction spectrum is compared with the corresponding part of the simulated diffraction spectra in the characteristic region. Averaging calculations are thus avoided and the performance of the measurement is improved.
Die vorliegenden Verfahren können auch eingesetzt werden, um Strukturparameter, wie zum Beispiel den Overlay-Fehler, die Linienbreite, die Teilung, Materialparameter und die Dicke zu bestimmen. Ferner können die vorliegenden Verfahren auch eingesetzt werden, um eine Mehrzahl von variablen Parametern gleichzeitig durch gleichzeitiges Verändern von Variablen, wie zum Beispiel der Linienbreite und der Dicke des Target-Gitters, zu bestimmen.The present method can also be used to structure parameters, such as the Overlay error, line width, division, material parameters and to determine the thickness. Furthermore, the present methods also be used to a plurality of variable parameters at the same time by simultaneously changing variables, such as Example of the line width and the thickness of the target grid, to be determined.
Die
Messempfindlichkeit für
den Overlay-Fehler der Overlay-Markierung
Anschließend wird
ein Teil der Einfallswinkel als ein charakteristischer Bereich basierend
auf dem mittleren quadratischen Fehler dieser simulierten Beugungsspektren
ausgewählt.
Insbesondere ist der charakteristische Bereich der Mehrzahl von
simulierten Beugungsspektren ein Einfallswinkelbereich, und diese
simulierten Beugungsspektren haben einen mittleren quadratischen
Fehler, der größer als
der Rauschpegel eines Messgerätes
ist. Folglich wird die Beugungsintensität eines gemessenen Beugungsspektrums
mit der Beugungsintensität
dieser simulierten Beugungsspektren in dem charakteristischen Bereich
verglichen, um ein übereinstimmendes
(passendes) Spektrum zu finden. Der Strukturparameter der Overlay-Markierung
Der
s-Polarisationsstrahl besitzt eine größere Variation der Beugungsintensität in einem
bestimmten Einfallswinkelbereich als eine lineare Variation der
Beugungsintensität
für alle
Einfallswinkel, während
der andere Einfallswinkelbereich eine kleinere Variation der Beugungsintensität besitzt,
wie in
Zusammengefasst wird ein Verfahren zum effizienten und genauen Bestimmen von Gitterprofilen verwendet, bei dem eine charakteristische Signatur-Übereinstimmungsermittlung (Matching) in einem Erzeugungsprozess einer Bibliothek mit vergrößerten Unterschieden durchgeführt wird. Unter Verwendung der Theorie der Lichtstreuung werden basierend auf den ausgebildeten Gitterparametern, z.B. CD, Dicke und Linie-zu-Zwischenraum-Verhältnis, eine Reihe von Streuungssignaturen versus Streuwinkel oder Wellenlängen erzeugt. Dieses Verfahren wählt charakteristische Teile der Signaturen aus, wo immer ihre Unterschiede, anders ausgedrückt ihre Nichtübereinstimmung das vorgegebene Kriterium übersteigt, und verbessert eine Bibliothek charakteristischer Signaturen für eine schnelle und genaue Übereinstimmungsermittlung.Summarized becomes a method for efficiently and accurately determining lattice profiles used in which a characteristic signature match (matching) in a generation process of a library with increased differences carried out becomes. Using the theory of light scattering are based on the formed lattice parameters, e.g. CD, thickness and line-to-space ratio, one Generated series of scatter signatures versus scattering angles or wavelengths. This procedure chooses characteristic parts of the signatures wherever their differences, in other words their disagreement exceeds the given criterion, and improves a library of characteristic signatures for fast and exact matching.
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